預應力管樁施工中短樁情況分析與應對措施

王立

（廣東省地質(zhì)局第三地質(zhì)大隊）

預應力管樁由于樁基承載力較大，施工簡便，施工質(zhì)量較為可靠，已經(jīng)成為采用最廣泛的基礎(chǔ)形式[1]。但由于地質(zhì)條件的不均勻變化以及巖土勘察鉆孔取樣數(shù)量有限，往往難以準確地反映每個樁位的地質(zhì)狀況，土層參數(shù)也經(jīng)常與現(xiàn)場實際情況存在較大的差異[2]。在樁基施工過程中，經(jīng)常出現(xiàn)壓樁荷載達到設(shè)計要求，但樁長出現(xiàn)短樁的情況[3]。如何對短樁進行處理是需要及時合理解決的問題[4]。

1 工程概況

科曼斯汽配產(chǎn)業(yè)園位于佛山市高明區(qū)明城鎮(zhèn)黎坑村，西側(cè)為盈富東路（在建），東側(cè)臨江肇高速公路，北側(cè)為待建空地，南側(cè)為一小河涌，場地周邊建筑環(huán)境較為空曠，交通便利。本工程規(guī)劃總用地面積為112745.12m2，擬建建筑物主要為：4棟2層廠房/倉庫、2棟1層門衛(wèi)、1棟1層設(shè)備房、高架平臺及匝道；本工程未設(shè)地下室。

根據(jù)鉆孔揭露，典型的地質(zhì)剖面圖如圖1所示。場地巖土層按其地質(zhì)年代和成因類型的不同自上而下劃分可分為人工填土層（Qa1）、第四系沖積層（Qa2）、第四系坡積層（Qd1）、第四系殘積層（Q）、下第三系（E）泥質(zhì)粉砂巖及石炭系（C1）灰?guī)r。各巖土層分面及特征分述如下：

圖1 工程地質(zhì)剖面圖

⑴第四系人工填土層（Qa1）

人工填土：灰、灰黃、褐紅、淺紅色，主要由粉質(zhì)黏土回填而成，成份以粉粘粒、沙粒為主，均勻性較差，場地西側(cè)部分地段不均勻夾大量中風化巖塊、碎石。層厚0.50～9.30m，平均厚度 3.49m。

⑵第四系沖積層（Qa2）

淤泥質(zhì)土：深灰、灰黑色，飽和，流-軟塑狀為主，成份以黏粒為主，含少量有機質(zhì)以及腐植物，稍具臭味。層厚0.40～3.10m，平均厚度1.14m。

⑶第四系殘積層（Qdl）

粉質(zhì)黏土：淺紅色，稍濕，可硬塑狀為主，為泥質(zhì)粉砂巖風化殘積土，成份以黏粒為主，含少量砂粒，殘留原巖結(jié)構(gòu)。層厚1.00～14.40m，平均厚度4.93m。

⑷基巖為下第三系（E）泥質(zhì)粉砂巖

全風化灰?guī)r：灰、灰黃色，巖石風化強烈，巖芯已風化成堅硬土狀，手折易斷，原巖結(jié)構(gòu)巖體基本質(zhì)量為V級；層厚1.00～5.80，平均厚度2.63m；層頂標高-2.71～8.81m，平均標高 2.75m。

⑸強風化泥質(zhì)粉砂巖

褐紅色，巖石強烈風化，巖芯成半巖半土狀、塊狀為主，不均勻夾偏中風化巖，泥質(zhì)鐵質(zhì)膠結(jié)，層狀結(jié)構(gòu)，手折易斷，原巖結(jié)構(gòu)清晰，巖質(zhì)軟，巖芯見光浸水易軟化。巖體基本質(zhì)量等級為V級。層厚0.60～19.60m，平均厚度7.25m。

場地土對混凝土結(jié)構(gòu)具微腐蝕性，對鋼結(jié)構(gòu)具微腐蝕性；地下水對混凝土結(jié)構(gòu)具微腐蝕性；對鋼筋混凝土及結(jié)構(gòu)中的鋼筋具微腐蝕性。

巖土勘察報告提供的主要土層和設(shè)計參數(shù)取值如表1、表2所示。

表1 土層參數(shù)

表2 土層設(shè)計參數(shù)取值

2 樁基設(shè)計和施工情況

根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)條件，本項目基礎(chǔ)部分巖面淺的區(qū)域采用天然地基，其他區(qū)域采用預應力管樁基礎(chǔ)，設(shè)計為摩擦端承型樁，采用直徑600、壁厚130mm的預應力管樁，樁凈長H為12～17m，樁端入持力層深度H1不小于1m，建筑樁基設(shè)計等級為乙級，單樁豎向承載力特征值1800kN，采用液壓錘擊方法施工，以最后貫入度不小于20mm/10擊作為收錘標準[5]，其中柱下三樁和四樁承臺布置情況如圖2所示。

圖2 樁布置形式

本項目在施工過程中，由于土質(zhì)條件的變化和設(shè)計參數(shù)取值差異等原因，出現(xiàn)了部分短樁情況，樁長從3m到10m不等。

3 靜載試驗

為了掌握短樁的實際承載力情況，在樁基靜載試驗檢測中，對于樁長小于4m、樁長介于4～6m、樁長大于6m三種情況，共選取了4條短樁按照樁基檢測規(guī)范進行豎向承載力檢測，結(jié)果見表3、圖3～圖6。

圖3 設(shè)備用房3號樁

圖4 設(shè)備用房34號樁

圖5 設(shè)備用房28號樁

圖6 汽配產(chǎn)業(yè)園4號樁

表3 短樁靜載試驗

從圖3～圖6和表3的數(shù)據(jù)分析可知：

⑴設(shè)備用房3#、34#樁Q-S曲線回彈量大，說明樁體靜載時處于彈性受壓狀態(tài)，樁端承載力大，靜載試驗時以樁身彈性壓縮為主，卸載后，樁身回彈。

⑵設(shè)備用房28#Q-S曲線沉降較大，回彈量小，說明樁體承載力以側(cè)摩阻力為主。

⑶汽配產(chǎn)業(yè)園4#加載期間前期Q-S曲線沉降大，后期沉降回彈量小。從P-S曲線可以看出，在加載初期，由于靜載超過樁周極限側(cè)摩阻力，沉降S增長較快，隨著進入硬巖層及樁端阻力作用，沉降趨于穩(wěn)定。

4 承載力分析

現(xiàn)場承臺開挖施工揭露的土質(zhì)情況如圖7所示，主要為中風化巖，可見部分區(qū)域地質(zhì)條件要好于巖土勘察報告提供的土層情況，采用巖土工程勘察報告提供的土層設(shè)計參數(shù)[6]，土層參數(shù)對比如表4所示。

表4 單樁豎向承載力特征值

圖7 施工現(xiàn)場土質(zhì)情況

按照靜載試驗數(shù)據(jù)和實際樁長，按式⑴計算單樁豎向承載力特征值[5]。

式中：

qsik——樁側(cè)第i層土的極限側(cè)阻力標準值；

qpk——極限端阻力標準值。

計算表明，按規(guī)范提供的土層參數(shù)，基樁承載力都大于本項目設(shè)計值60%或以上。結(jié)合靜載試驗結(jié)果，考慮現(xiàn)場地質(zhì)分布情況，經(jīng)技術(shù)論證和參考以往案例[7]，形成如下的處理方案：

⑴對于樁長短于4m的，改樁基為天然地基基礎(chǔ)，重新設(shè)計基礎(chǔ)；

⑵對樁長介于4～6m之間的，結(jié)合土質(zhì)情況和靜載試驗數(shù)據(jù)，單樁承載力特征值進行適當折減，同時考慮承臺底地基土對基樁承載力的貢獻，復核后承載力仍不滿足柱位荷載要求的，采取擴大承臺面積的方式處理，若擴大承臺后承載力還不滿足要求，則進行加樁；

⑶對樁長大于6m的，按照靜載試驗承載力結(jié)果取值。

5 結(jié)語

本工程針對樁基施工過程中出現(xiàn)的短樁情況，對場地地質(zhì)情況和靜載試驗數(shù)據(jù)進行分析，結(jié)果表明地基土的分布以及設(shè)計資料提供的摩阻力、端承力與實際情況存在一定的誤差。對于不同樁長的短樁情況，采取了不同的處理方式，有效地解決了樁基的承載力分析復雜和現(xiàn)場施工困難的問題，取得了較好效果。